Konepajan hitsaustuotannon kehittäminen kattavien laatuvaatimusten mukaiseksi

TIIVISTELMÄ Lappeenrannan teknillinen yliopisto Konetekniikan koulutusohjelma Voitto Kettunen Konepajan hitsaustuotannon kehittäminen kattavien laatuvaatimusten mukaiseksi Diplomityö 2015 167 sivua, 39 kuvaa, 26 taulukkoa ja 3 liitettä Tarkastajat: Professori Jukka Martikainen DI Pertti Kaarre Hakusanat: hitsaus, hitsauksen laatu, konepajan laadunhallinta, kattavat laatuvaatimukset, ISO 9001, ISO 3834, EN 1090 Keywords: welding, quality of welding, engineering workshop quality management, comprehensive quality requirements, ISO 9001, ISO 3834, EN 1090 Hitsaamalla liitetyt teräksiset rakenteet muodostavat ylivoimaisesti suurimman osan konepajatuotannosta. Niihin kuuluu esimerkiksi ajoneuvoja, koneita, laitteita, säiliöitä, siiloja, siltoja, mastoja, piippuja, tukirakenteita ja rakennusten runkoja. Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää konepajan laadunhallinta sellaiseksi, että se mahdollistaa kattavien laatuvaatimusten täyttämisen hitsaustuotannossa. Laatuvaatimusten täyttämiseen pyritään käyttämällä hitsaustoimintojen standardia EN ISO 3834-2 sekä kantavien teräsrakenteiden standardeja EN 1090-1 ja EN 1090-2. Teräsrakenteiden suunnittelua ohjaa EN 1993 ja niiden toiminnallisia ominaisuuksia tuotestandardit, kuten terässavupiippu- ja säiliöstandardit. Kantavien teräsrakenteiden suunnittelua ja tuotantoa ohjaa myös seuraamusluokan CC, käyttöluokan SC ja tuotantoluokan PC kautta määräytyvä toteutusluokka EXC. Aikaisempaa enemmän tullaan panostamaan esimerkiksi asiakirjojen sähköiseen hallintaan, raaka-aineiden jäljitettävyyteen tuotteeseen, särmien ja kulmien muotoiluun, pintojen käsittelyyn, hitsien tarkastukseen, hitsaushenkilöstön pätevyyteen ja hitsaustuotannon tehokkuuteen. Saarijärven Säiliövalmiste Oy:n hitsauksen laadunhallinta sertifioitiin standardin ISO 3834-2 mukaan ja kantavien teräsrakenteiden FPC-järjestelmä standardisarjaa EN 1090 noudattaen. Samalla tehtiin päivitys laadunhallintajärjestelmään ISO 9001. Toteutus, joka tehtiin sovitussa aikataulussa, haastaa jokaisen toimijan konepajassa toiminnan, tuotannon ja tuotteiden laadun kehittämiseen uusia käytänteitä ja menetelmiä soveltaen. Kehitystoimien tuloksena toiminta on selkeämpää, ennakoitavampaa ja hallitumpaa, mikä lisää yrityksen toiminnan tuottavuutta ja kannattavuutta. Sertifioidut laatujärjestelmät ovat myötävaikuttaneet tilausten lisääntymiseen yrityksen kaikkien tuotteiden osalta.

Kartoitus kloori-alkalitehtaan tuotantokapasiteetin kasvattamisesta / Kemira Chemicals Oy Joutseno

Kemira Chemicals Oy:n Joutsenon kloori-alkalitehtaalla valmistetaan elektrolyysin avulla lipeää, suolahappoa, natriumhypokloriittia ja vetyä. Tämän työn tavoitteena on kartoittaa kloori-alkalitehtaan tuotantokapasiteetin kasvatuksen yhteydessä esiin tulevat pullonkaulat, lähitulevaisuuden kunnossapitotarpeet sekä parhaat käytettävissä olevat teknologiavaihtoehdot kloori-alkalitehtaan osa-alueille, joihin tuotantokapasiteetin kasvatuspaineet kohdistuvat: elektrolyysi, lipeän haihdutus ja suolahappopolttimet. Pullonkaulojen kartoittaminen toteutettiin rakentamalla taulukkolaskentamalli kloori-alkalitehtaan prosesseista. Mallin avulla simuloitiin elektrolyysin kloorin tuotantoa, jota kasvatettiin asteittain 54 kt:sta/a aina 100 kt:iin/a asti ja tutkittiin prosessien käyttäytymistä. Tarkastelun pohjalta havaittiin, että kloorin tuotantoa kasvattaessa, tulee lisätä myös tuotantokapasiteettia suolahapon valmistukseen, elektrolyysiin, demineralisoidun veden valmistukseen ja lipeän haihdutuslaitokseen sekä suolahapon ja lipeän varastointikapasiteetteihin. Vaihtoehtoiset teknologiat määritettiin kirjallisuudesta ja laitetoimittajien esitteistä. Lähivuosien kunnossapitotarpeet kartoitettiin haastattelemalla tehtaan henkilökuntaa. Työstä eskaloitui useita jatkotutkimuskohteita, joita ovat bipolaari-teknologian soveltuvuus Joutsenon kloori-alkalitehtaalle, uusien HCl-polttimien esisuunnittelu, höyryn käytön tehostaminen nykyisessä lipeän haihdutuslaitoksessa sekä uusien haihdutusteknologioiden soveltuvuus Joutsenon kloori-alkalitehtaalle, höyry- ja jäähdytysverkostojen kartoitukset sekä demineralisoidun veden valmistuskapasiteetin kasvattaminen.

Selvitys erilaisten mäntyöljynkeittoprosessien toiminnasta

Työn tavoitteena oli tutustua eri mäntyöljyprosessien toimintaan. Sulfaattisellun valmistuksessa syntyy sivutuotteena mäntyöljyä. Se tuo lisätuottoa sellutehtaalle. Nykypäivänä mäntyöljyn valmistukseen on kiinnitetty yhä enemmän huomiota uusien jalostusmahdollisuuksien vuoksi. Mäntyöljyä syntyy, kun mustalipeän pinnalta kuorittu suopa palstoitetaan sopivalla hapolla. Suopa koostuu puun uuteaineista eli hartsi- ja rasvahapoista sekä saippuattomista aineista. Suopa pitää erottaa mustalipeästä mahdollisimman hyvin, jotta se ei aiheuttaisi ongelmia sellutehtaan eri prosessin vaiheissa. Suopaa voidaan erottaa mustalipeästä säiliöerotuksena, sentrifugeilla tai hydrosykloneilla. Suovan palstoitusprosessi voi olla erä- tai jatkuvatoiminen prosessi. Jatkuvatoimisia prosesseja ovat: sentrifugi-, säiliödekantointi- ja HDS-prosessi. Mäntyöljyä voidaan käyttää kemianteollisuuden raaka-aineena tai siitä voidaan jalostaa biodieseliä. Tämä biodiesel on niin sanottua toisen polven biopolttoainetta eli se ei sisällä ravinnoksi kelpaavaa raaka-ainetta. Nykypäivänä markkinoilla on sekä eräkeitto- sekä jatkuvatoimisia prosesseja. Suovan erotussäiliöiden rinnalle on tullut uusi sentrifugeilla tapahtuva suovan erotussysteemi.

Influence of multi-phase phenomena on semibatch crystallization processes of aqueous solutions

Crystal properties, product quality and particle size are determined by the operating conditions in the crystallization process. Thus, in order to obtain desired end-products, the crystallization process should be effectively controlled based on reliable kinetic information, which can be provided by powerful analytical tools such as Raman spectrometry and thermal analysis. The present research work studied various crystallization processes such as reactive crystallization, precipitation with anti-solvent and evaporation crystallization. The goal of the work was to understand more comprehensively the fundamentals, phenomena and utilizations of crystallization, and establish proper methods to control particle size distribution, especially for three phase gas-liquid-solid crystallization systems. As a part of the solid-liquid equilibrium studies in this work, prediction of KCl solubility in a MgCl2-KCl-H2O system was studied theoretically. Additionally, a solubility prediction model by Pitzer thermodynamic model was investigated based on solubility measurements of potassium dihydrogen phosphate with the presence of non-electronic organic substances in aqueous solutions. The prediction model helps to extend literature data and offers an easy and economical way to choose solvent for anti-solvent precipitation. Using experimental and modern analytical methods, precipitation kinetics and mass transfer in reactive crystallization of magnesium carbonate hydrates with magnesium hydroxide slurry and CO2 gas were systematically investigated. The obtained results gave deeper insight into gas-liquid-solid interactions and the mechanisms of this heterogeneous crystallization process. The research approach developed can provide theoretical guidance and act as a useful reference to promote development of gas-liquid reactive crystallization. Gas-liquid mass transfer of absorption in the presence of solid particles in a stirred tank was investigated in order to gain understanding of how different-sized particles interact with gas bubbles. Based on obtained volumetric mass transfer coefficient values, it was found that the influence of the presence of small particles on gas-liquid mass transfer cannot be ignored since there are interactions between bubbles and particles. Raman spectrometry was successfully applied for liquid and solids analysis in semi-batch anti-solvent precipitation and evaporation crystallization. Real-time information such as supersaturation, formation of precipitates and identification of crystal polymorphs could be obtained by Raman spectrometry. The solubility prediction models, monitoring methods for precipitation and empirical model for absorption developed in this study together with the methodologies used gives valuable information for aspects of industrial crystallization. Furthermore, Raman analysis was seen to be a potential controlling method for various crystallization processes.

Design of automatic control system for the precipitation of bromelain from the extract of pineapple wastes

In this work, bromelain was recovered from ground pineapple stem and rind by means of precipitation with alcohol at low temperature. Bromelain is the name of a group of powerful protein-digesting, or proteolytic, enzymes that are particularly useful for reducing muscle and tissue inflammation and as a digestive aid. Temperature control is crucial to avoid irreversible protein denaturation and consequently to improve the quality of the enzyme recovered. The process was carried out alternatively in two fed-batch pilot tanks: a glass tank and a stainless steel tank. Aliquots containing 100 mL of pineapple aqueous extract were fed into the tank. Inside the jacketed tank, the protein was exposed to unsteady operating conditions during the addition of the precipitating agent (ethanol 99.5%) because the dilution ratio "aqueous extract to ethanol" and heat transfer area changed. The coolant flow rate was manipulated through a variable speed pump. Fine tuned conventional and adaptive PID controllers were on-line implemented using a fieldbus digital control system. The processing performance efficiency was enhanced and so was the quality (enzyme activity) of the product.

Influence of the use of rice bran extract as a source of nutrients on xylitol production

Xylose-to-xylitol bioconversion using 2.5 or 10% (v/v) rice bran extract was performed to verify the influence of this source of nutrients on Candida guilliermondii metabolism. Semisynthetic medium (SM) and sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate detoxified with ion-exchange resins (HIE) or with alteration in pH combined with adsorption onto activated charcoal (HAC) were fermented in 125 mL Erlenmeyer flasks at 30 ºC and 200 rpm for 72 hours. Activated charcoal supplemented with 2.5% (v/v) rice bran extract was fermented by C. guilliermondii in a MULTIGEN stirred tank reactor using pH 5.0 and 22.9/hour oxygen transfer volumetric coefficient. Higher values of xylitol productivity (0.70, 0.71, and 0.62 g.Lh-1) and xylose-to-xylitol conversion yield (0.71, 0.69, and 0.63 g.g-1) were obtained with 2.5% (v/v) rice bran in semisynthetic medium, ion-exchange resins, and activated charcoal, respectively. Moreover, during batch fermentation, the xylitol volumetric productivity and fermentation efficiency values obtained were 0.53 g.Lh-1 and 61.1%, respectively.

Energy evaluation of an evaporative cooling system using water driven ejector

The search for efficient and accessible cooling systems has increased worldwide. This study aims to build and evaluate an evaporative cooling system using a water driven ejector, allowing it to be installed in places with plenty of water. The system was investigated varying the flow rate and temperature of the circulating water, temperature of the replacement water, and coefficient of performance. The best vacuum obtained was 8.5 kPa at nominal operating conditions of 4.1 ± 0.1 m³/h and 5 ± 0.5 ºC for the circulating water reaching the temperature of 9.7 ± 0.5 ºC. The pulse-like disturbance generated by replacing the cooling water at different periods of times did not result in significant affect vacuum destabilization and the temperature rise in the cooling tank. The coefficient of performance of the system at the highest thermal power of 92.27 W was 0.077, which was underestimated due to possible problems related to pump efficiency. The system evaluated under the conditions proposed can be very efficient for cooling fluids at higher temperatures, and it can be complementary to main refrigeration systems.

Adhesion and production of degrading enzymes by bacteria isolated from biofilms in raw milk cooling tanks

Biofilms in milk cooling tanks compromise product quality even on farms. Due to the lack of studies of this topic, this study evaluated the microbiological conditions of raw milk cooling tanks on farms and characterized the microorganisms isolated from these tanks. Samples were wiped off with sterile swabs from seven milk cooling tanks in three different points in each tank. Mesophiles and psychrotrophic counts were performed in all samples. The isolation of Pseudomonas spp., Bacillus cereus and atypical colonies formed on selective media were also performed, totalizing 297 isolates. All isolates were tested for protease and lipase production and biofilm formation. Of the total isolates, 62.9% produced protease, 55.9% produced lipase, and 50.2% produced biofilm. The most widespread genus inside the milk cooling tank was Pseudomonas since it was not possible to associate this contamination with a single sampling point in the equipment. High counts of microorganisms were found in some cooling tanks, indicating poor cleaning of the equipment and providing strong evidences of microbial biofilm presence. Moreover, it is worth mentioning the milk potential contamination with both microbial cells and their degrading enzymes, which compromises milk quality.

Biomassakattilan simulointi

Tässä diplomityössä mallinnetaan Apros-simulointiohjelmistolla kylläistä höyryä tuottava KPA Uniconin toimittama Biograte-kattilalaitos. Työ on rajattu käsittelemään vesihöyrypiiri syöttövesisäiliöstä prosessiin lähtevään höyryyn saakka. Savukaasupuoli on mallinnettu polttoaineen ja palamisilman syötöstä savupiippuun asti, mutta savukaasujen puhdistus on jätetty pois simulaatiomallista. Työssä kerrotaan yleisesti biopolttoaineista, kattilalaitoksista ja tulipesäratkaisuista. Simuloitava kattilalaitos ja sen säätöjärjestelmä käydään läpi yksityiskohtaisemmin. Simuloinnista ja sen mahdollisuuksista kerrotaan yleisesti, jonka jälkeen esitellään tehty simulaatiomalli. Simulointituloksia verrataan kattilan mitoitusarvoihin ja tärkeimpien prosessisuureiden muutoksia tutkitaan kuormanmuutostilanteissa. Lopuksi tuloksista tehdään yhteenveto ja esitellään jatkotoimenpidesuunnitelmat. Simuloitu kattilalaitos tuottaa kylläistä höyryä halutun määrän oikeassa paineessa ja lämpötilassa. Kattilan prosessisuureet vastaavat melko hyvin mitoitusarvoja ja simulaatiomalli toimii vakaasti myös kuormanmuutostilanteissa. Suurimmat kompromissit ja yksinkertaistukset on tehty tulipesän ja polttoaineensyötön mallinnuksessa. Näitä osa-alueita kehittämällä simulaation tarkkuutta olisi mahdollista parantaa entisestään. Jatkossa simulointimallia on tarkoitus kehittää laajentamalla se kattamaan myös laitoksen sekundääripuoli kokonaisuudessaan. Tulosten perusteella simulaatiota voidaan pitää onnistuneena mallina Biograte-kattilalaitoksesta.

Torrefioidun biohiilipelletin kirjallisuustutkimus ja koeajot pilottilaitoksessa

Tämä raportti käsittelee ”Torrefioidun biohiilipelletin laatu ja varastoitavuus” hankkeen tuloksia. Hankkeen tavoitteena oli tutkia torrefioidun biohiilipelletin prosessiteknologiaa, markkinoita ja tuotantokustannuksia kirjallisuustutkimusosiossa. Hankkeen päätutkimus keskittyi koeajoihin pilottilaitoksella, jossa valmistettiin biohiilipellettiä erilaisista puuraaka-aineista. Pilottilaitos oli perustettu Torrec Oy:n toimesta Etelä-Savon Energian Pursialan voimalaitoksen yhteyteen Mikkelissä ja sen tuotanto oli käynnistynyt kesällä 2014. Kaikki koe-erät valmistettiin vain käyttämällä sidonta-aineena lauhdevettä, jota oli tiivistynyt säiliön pohjalle torrefiointiprosessin aikana. Näin ollen erillistä lisäsidonta-aineita ei tarvittu, jolloin voidaan säästää tuotantokustannuksissa jatkossakin. Euroopan Unioni on asettanut 20 % tavoitteen uusiutuvien energioiden käytölle vuoteen 2020, josta biomassalla voidaan kattaa kaksi kolmannesta. Tutkimushankkeen tavoitteena oli metsään perustuvan bioenergiatuotannon lisääminen ja tuontienergian korvaaminen kotimaisella polttoaineella. Hankkeen tarkoituksena oli tutkimusanalyysien kautta kehittää uutta kilpailukykyistä teknologiavaihtoehtoa puupolttoaineiden hyödyntämiseksi. Torrefiointiteknologiaa ollaan kaupallistamassa ympäri Eurooppaa parasta aikaa ja uusia biohiilen tuotantolaitoksia on kehitteillä ja rakenteilla. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että biohiilipelletillä on mahdollisuudet suurimittakaavaiseen energiantuotantoon laadun suhteen, kunhan sen käyttäminen tulee edullisemmaksi laitoksissa. Toisaalta, tämä kehitys vaatii tukimekanismeja valtion puolelta, jotta pelletit lähtisivät todella liikkeelle markkinoilla.

Prosessiteollisuuden sekoittimen elinkaariarviointi

Työn tavoitteena oli tehdä elinkaariarviointi (LCA) prosessiteollisuuden sekoittimelle Helmix HF-80 ja analysoida LCA-tulokset, vaikutus ilmaston lämpenemisen potentiaalin (GWP) suhteen, sekä tutkia GWP-vaikutuksen pienentämisen mahdollisuuksia. Tutkittavan sekoittimen mahdolliset käyttökohteet ovat sellu- ja paperiteollisuus, raskaiden jätenesteiden käsittely, sekä muut teollisuusalueet, joissa käytetään tämän tyyppisiä laitteita. Työssä on muun muassa käsitelty sekoitusprosessit, sekoituslaitteiden tyypit, niiden rakenteiden ominaisuudet, käyttötarkoitus, toimintaperiaatteet, sekä sellu- ja paperi-teollisuudessa käytettävien sekoittimien yleiskatsaus. Työssä on myös kuvattu elinkaariarviointi (LCA) -menetelmä ja sen käyttötarkoitus. Tärkeimmistä tuloksista voi mainita sen, että sekoittimen (ilman säiliötä, sähkömoottoria ja vaihteistoa) kokoelinkaaren ilmastonlämpenemisen potentiaali (GWP) on noin 750 000 kg CO2-Equiv. Sekoittimen tuotanto- ja kierrätysaikana syntyy vain 1200 kg CO2-Equiv. ja suurin osa 748 000 kg CO2-Equiv. johtuu sähköenergian kulutuksesta käytön aikana. Käyttöajan vaikutusta voisi pienentää arvoksi 0 kg CO2-Equiv. käyttämällä pelkästään uusiutuvaa energiaa. Jos tuotantoaikana käytetty energia myös korvataan uusiutuvalla energialla, niin GWP-arvo koko elinkaaren aikana laskee arvoon 1006 kg CO2eqv., mikä on vain 0,13 % saaduista tuloksista. Suurin osa tästä arvosta liittyy sekoittimen materiaalin, tässä tapauksessa ruostumattoman teräksen tuotantoon.

Sellumassan varastosäiliön rakenneanalyysi

Tämä työ käsittelee valkaistun ja valkaisemattoman sellumassan varastosäiliön tärinää ja värähtelyä. Värähtelyn seurauksena säiliön seinämän jäykisterenkaan hitsausliitokseen on syntynyt särö. Työn tavoitteena on selvittää, mikä johtaa särön syntyyn ja miten kestäväm-piä varastosäiliöitä voidaan rakentaa materiaali-, valmistus- tai rakennemuutoksien avulla. Työ alkoi tutkimalla rakennemateriaalina olevan duplex-teräksen mikrorakenteen ominai-suuksia, sekä sen hitsattavuutta ja seostamista kirjallisuustutkimuksena. Kirjallisuustutki-musta jatkettiin selvittämällä mahdollisia vaurion syntymekanismeja seinämän särölle. Työssä analysoitiin myös tehtaalla mitattuja värähtelyarvoja. Lopuksi laskettiin FE-analyysillä tyhjän varastosäiliön ominaismuodot ja -taajuudet moodianalyysillä, sekä selvi-tettiin harmonisella analyysillä pinnankorkeuden vaihtelun vaikutus siirtymävasteeseen ja kriittisiin värähtelytaajuuksiin. Varastosäiliöön kohdistuvaa värähtelyä ei ole mahdollista poistaa kokonaan, mutta väräh-telyn aiheuttamia seurauksia kyetään rajaamaan useilla keinoilla. Toimenpiteinä voivat olla ainakin seinämän materiaalin paksuuden lisääminen, jäykisteripojen lisääminen ja kriittisten sellun pinnankorkeuksien välttäminen. Kriittiseksi pinnankorkeudeksi havaittiin 40–45 %:n täyttöaste ja turvalliseksi korkeudeksi 35–38 %:n täyttöaste. Varastosäiliölle kriittisen ominaistaajuuden katsotaan syntyvän taajuuksilla 3,3–3,8 Hz ja 5,8–6,4 Hz. Sellumassa putoaa varastosäiliöön noin 2 Hz taajuudella.

[Le] destroyer [HMS Wivern D66] dans le port de Londonderry : [photographie de presse] / [Agence Rol]

Référence bibliographique : Rol, 59877

Voyage du prince de Galles en Australie, le destroyer [australien] "Anzac" avec le prince à bord : [photographie de presse] / [Agence Rol]

Référence bibliographique : Rol, 60373

Effects of reflection and social isolation on crayfish behaviour /

Visual stimuli and socialization influence exploratory behaviour in crayfish. The predominant components of spontaneous exploratory behaviour were determined by observing the activity of solitary adult crayfish (Procambarus clarkii) in a glass aquarium containing fresh water and no objects. Five distinct behaviours were observed: rearing up (climbing on the wall), turning around, cornering (facing the comer), backward walking, and crossing (crossing the midline of the aquarium). The frequency of rearing up, cornering and turning around decreased when reflection from the glass wall was blocked with black cardboard, black paint or non-reflective transparent plastic. In a tank containing mirrors on one side and non-reflective plastic on the other, crayfish cornered, reared up, and turned around more in front of the mirrors. Socialization was necessary for crayfish to respond to the reflection. Crayfish that were housed in pairs for two weeks exhibited more rearing up, turning around and cornering in front of the mirrors than in the non-reflective side. Crayfish isolated for two weeks did not show these differences. Socialized crayfish also exhibited more rearing up, turning around and cornering than did isolated crayfish. Thus, crayfish respond to visual stimuli provided by a glass tank, but the responds depends on socialization.